FR2754951A1

FR2754951A1 - METHOD FOR CHARGING AN ELECTRICAL BATTERY, PARTICULARLY A LEAD-STORED BATTERY AS A STARTING BATTERY FOR A VEHICLE FOR A MOTOR VEHICLE

Info

Publication number: FR2754951A1
Application number: FR9713035A
Authority: FR
Inventors: Gerolf Richter
Original assignee: VB Autobatterie GmbH and Co KGaA
Current assignee: Clarios Germany GmbH and Co KGaA
Priority date: 1996-10-18
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 1998-04-24
Anticipated expiration: 2017-10-17
Also published as: GB2318462A; IT1295060B1; FR2754951B1; ITMI972163A1; GB9720865D0; DE19643012A1; US5896023A; DE19643012B4

Abstract

Procédé de chargement d'un accumulateur électrique, en particulier d'un accumulateur au plomb, en tant que batterie de démarrage d'un véhicule à moteur, caractérisé en ce qu'on règle la tension du générateur, commandée par l'état de charge de l'accumulateur, l'état de charge étant prélevé par une mesure de la tension de marche à vide de l'accumulateur à l'instant du passage par zéro de l'intensité qui s'écoule dans l'accumulateur.Method of charging an electric accumulator, in particular a lead-acid accumulator, as a starting battery of a motor vehicle, characterized in that the generator voltage, controlled by the state of charge, is regulated of the accumulator, the state of charge being taken by measuring the no-load voltage of the accumulator at the instant of the zero crossing of the current flowing in the accumulator.

Description

DescriptionDescription

Les batteries de démarrage dans les véhicules à moteur, en général des accumulateurs au plomb, sont chargées par la dynamo d'éclairage en tant que générateur dont la ten-5 sion est limitée à une valeur maximale prédéfinie par un ré- gulateur. Le régulateur doit limiter la tension de chargement appliquée à la batterie du véhicule si possible à une valeur qui se trouve en dessous de la tension du début de dégagement gazeux, afin d'éviter la décomposition de l'électrolyte de la10 batterie qui se produit lors du dépassement de la tension du début de dégagement gazeux et afin de cette façon d'éviter Starter batteries in motor vehicles, generally lead-acid accumulators, are charged by the lighting dynamo as a generator, the voltage of which is limited to a maximum value predefined by a regulator. The regulator must limit the charging voltage applied to the vehicle battery if possible to a value which is below the voltage at the start of gassing, in order to avoid decomposition of the electrolyte of the battery which occurs during exceeding the voltage at the start of gas release and in this way to avoid

des pertes d'eau et la corrosion par une surcharge dommagea- water loss and corrosion by damaging overload

ble. Pour le fonctionnement sans maintenance de batteries d'automobiles il est nécessaire que l'amenée de l'énergie électrique lors de la charge soit réalisée à une tension qui se trouve si possible en dessous de la tension de début de dégagement gazeux. On doit toutefois obtenir dans tous les corn. For maintenance-free operation of automobile batteries, it is necessary that the supply of electrical energy during charging is carried out at a voltage which is if possible below the voltage at the start of gassing. However, one must obtain in all

cas une recharge aussi rapide que possible de la batterie. if the battery is charged as quickly as possible.

De façon habituelle on règle le régulateur de Usually the regulator of the

telle sorte que la tension de charge soit en permanence limi- so that the charging voltage is permanently limited

tée à une valeur maximale fixe. Comme cependant la tension de début de dégagement gazeux des batteries au plomb qui* sont normalement prévues comme batteries de démarrage, dépend de la température et comme la température de la batterie peut at a fixed maximum value. As, however, the start-up voltage of the release of lead-acid batteries which * are normally intended as starter batteries, depends on the temperature and as the temperature of the battery can

osciller selon la saison et l'état de fonctionnement du véhi- vary depending on the season and the vehicle's operating condition

cule entre de larges limites, on n'a pas l'assurance d'avoir walks between wide limits, we don't have the assurance of having

par une valeur maximale prédéfinie de façon fixe de la ten- by a fixed maximum predefined value of the voltage

sion de charge une recharge dans le temps le plus court sans charge charge recharge in the shortest time without

dégagement gazeux dans toutes les conditions de température. gas evolution under all temperature conditions.

On a en conséquence, pour compenser l'influence de la tempé- Consequently, to compensate for the influence of the temperature,

rature, déjà branché des circuits électroniques sensibles à la température entre la batterie et la dynamo d'éclairage crossed out, already connected electronic circuits sensitive to temperature between the battery and the lighting dynamo

dans le circuit de chargement.in the loading circuit.

Une telle disposition ressort par exemple du do- Such an arrangement emerges for example from the

cument DE-20 56 045. Ces méthodes habituelles de régulation ne conviennent pas par ailleurs pour garantir un état de cument DE-20 56 045. These usual methods of regulation are not suitable, moreover, for guaranteeing a state of

charge aussi élevé que possible de la batterie d'accumula- as high a charge as possible on the storage battery

teur. On a déjà proposé en conséquence des dispositifs très variés servant à contrôler l'état de la charge d'une batterie de démarrage, par exemple on peut trouver dans le document DE-33 30 953 un dispositif dans lequel un bilan du courant est établi dans tout le système et avec lequel on peut de5 cette façon régler exactement l'état de la charge de l'accu- mulateur. Ce dispositif connu est par ailleurs coûteux et n'a tor. A wide variety of devices have therefore already been proposed for controlling the state of charge of a starter battery, for example a device can be found in document DE-33 30 953 in which a current balance is established in the whole system and with which it is possible in this way to regulate exactly the state of charge of the accumulator. This known device is also expensive and has

pas en conséquence réussi pratiquement à s'introduire dans les véhicules automobiles habituels. L'invention a en conséquence pour objet de propo- as a result practically failed to break into the usual motor vehicles. The object of the invention is therefore to propose

ser un procédé simple de chargement qui permette d'accentuer l'état moyen de la charge de la batterie, en rendant possible une économie de poids par l'utilisation d'une batterie plus petite, en allongeant la durée de vie de la batterie et en be a simple method of charging which makes it possible to accentuate the average state of the charge of the battery, by making possible a saving in weight by the use of a smaller battery, by extending the life of the battery and in

améliorant le rendement du générateur. improving generator performance.

On résout ce problème selon l'invention dans le cas d'un procédé du type mentionné au début en réglant la tension du générateur, commandée par l'état de charge de l'accumulateur, l'état de charge étant prélevé par une mesure de la tension de marche à vide de l'accumulateur à l'instant This problem is solved according to the invention in the case of a method of the type mentioned at the start by adjusting the generator voltage, controlled by the state of charge of the accumulator, the state of charge being taken by a measurement of the no-load voltage of the accumulator at the moment

du passage par zéro de l'intensité qui s'écoule dans l'accu- mulateur. of the zero crossing of the intensity flowing in the accumulator.

Selon l'invention on détermine l'état de charge sans avoir à procéder à des mesures coûteuses de l'intensité et en fait en mesurant la tension de la batterie de marche à According to the invention, the state of charge is determined without having to carry out expensive measurements of the intensity and in fact by measuring the voltage of the walking battery at

vide au moment o l'intensité de la batterie passe par zéro. empty when the battery current goes to zero.

Ceci est en opposition avec la commande habi- This is in contrast to the habi-

tuelle jusqu'à présent de la tension de charge du générateur dont la valeur maximale est influencée jusqu'à présent dans so far of the generator load voltage whose maximum value has been influenced so far in

tous les cas par la température, en comprenant par tempéra- all cases by temperature, including by temperature-

ture en général uniquement la température ambiante du généra- tures generally only the ambient temperature of the general

teur et seulement dans les cas les plus rares la température temperature and only in the rarest cases the temperature

de la batterie.drums.

Selon l'invention on détermine lors des processus cycliques de charge et de décharge la tension de la batterie According to the invention, the voltage of the battery is determined during cyclic charging and discharging processes.

sans l'influence de la résistance intérieure de la batterie. without the influence of the internal resistance of the battery.

On procède en effet à une mesure quand I=0, c'est-à-dire quand l'intensité passe par zéro ou à un intervalle de temps très bref après le passage par zéro. La tension de marche à vide ainsi déterminée se différencie nettement de la tension au repos d'un accumulateur car ce qu'on appelle la tension au repos s'établit seulement au bout d'un temps plus long, par exemple au bout de quelques heures, quand les processus de5 diffusion, c'est-à-dire les processus d'équilibrage de la In fact, a measurement is made when I = 0, that is to say when the intensity passes through zero or at a very short time interval after passing through zero. The no-load voltage thus determined differs markedly from the resting voltage of an accumulator because what is called the resting voltage only becomes established after a longer time, for example after a few hours , when the diffusion processes, i.e. the processes of balancing the

concentration de l'électrolyte, sont terminés. electrolyte concentration, are complete.

La tension de marche à vide est déterminée pen- The no-load voltage is determined during

dant le passage par zéro ou pendant un temps court après le passage par zéro de l'intensité, par exemple à l'intérieur during the zero crossing or for a short time after the zero crossing of the intensity, for example inside

d'un intervalle de temps de 0,1 ms à 1 ms. La tension de mar- from a time interval of 0.1 ms to 1 ms. The tension of mar-

che à vide ainsi déterminée représente en première approxima- The empty cheek thus determined represents at first approxima-

tion l'état de charge de la batterie et peut de cette façon the state of charge of the battery and can in this way

servir selon l'invention à commander la tension du généra- serve according to the invention to control the voltage of the general

teur.tor.

Il est avantageux de mesurer aussi bien la ten- It is advantageous to measure the voltage as well

sion de marche à vide quand a lieu un passage par zéro de l'intensité après une charge précédente que la valeur de la tension lors d'un passage par zéro de l'intensité après une no load when the current crosses zero after a previous charge than the voltage value when the current crosses zero after a

décharge précédente. On met en mémoire ces différentes va- previous discharge. These different values are stored in memory.

leurs de la tension et on peut retraiter un certain nombre de valeurs de la tension, ainsi mises en mémoire, pour obtenir une valeur moyenne. Dans le cas o il n'y pas de passage de l'intensité par zéro sur un intervalle de temps assez long, par exemple parce que la batterie est chargée en permanence ou est déchargée en permanence, on réalise de façon forcée à des intervalles caractéristiques de par exemple 0,1 min. à min., et de préférence d'environ 1 min., un passage par zéro de l'intensité en mettant en court-circuit l'appareil their of the tension and one can reprocess a certain number of values of the tension, thus memorized, to obtain an average value. In the case where there is no passage of the intensity by zero over a sufficiently long time interval, for example because the battery is permanently charged or is discharged permanently, one carries out in a forced manner at characteristic intervals for example 0.1 min. at min., and preferably about 1 min., a zero crossing of the intensity by short-circuiting the device

consommateur d'électricité ou du générateur, par exemple pen- consumer of electricity or generator, for example

dant une durée de 1 ms.for a duration of 1 ms.

On obtient ainsi une valeur moyenne supérieure (Mesures de la tension en marche à vide lors du passage par zéro après la charge) et une valeur moyenne inférieure (Mesures de la tension de marche à vide lors du passage par This gives a higher average value (Measurements of the no-load voltage when passing through zero after charging) and a lower average value (Measurements of the no-load voltage when passing through

zéro après la décharge).zero after discharge).

On influence la tension de régulation avec les valeurs ainsi déterminées de la tension de marche à vide, et en fait la tension de régulation est augmentée quand aussi The regulation voltage is influenced with the values thus determined of the idling voltage, and in fact the regulation voltage is increased when also

bien la valeur moyenne supérieure que la valeur moyenne infé- well the higher average value than the lower average value

rieure baisse, ou la tension de régulation est abaissée quand aussi bien la valeur moyenne supérieure que la valeur moyenne inférieure de la tension de charge augmente. Dans ce cas une5 valeur supérieure, fonction de la température, de la tension du régulateur n'est toutefois jamais dépassée. lower, or the regulation voltage is lowered when both the upper and lower average value of the load voltage increases. In this case, however, a higher value, depending on the temperature and the regulator voltage, is never exceeded.

Au cas o la valeur moyenne supérieure et la va- leur moyenne inférieure de la tension de marche à vide font preuve d'un comportement différent, il ne se produit aucun10 changement de la tension du régulateur. La valeur moyenne de la variation de la tension peut par exemple être choisie If the upper mean value and the lower mean value of the no-load voltage show different behavior, there will be no change in the regulator voltage. The average value of the voltage variation can for example be chosen

comme la valeur moyenne d'environ les dix derniers interval- les de mesure. A partir de la tension de marche à vide supé- as the average value of about the last ten measurement intervals. From the no-load idle voltage

rieure et de la tension de marche à vide inférieure on peut conclure par la formation de la valeur moyenne glissante à l'état de repos proprement dit de la batterie qui représente l'état de charge d'une batterie. La formation courante de la lower and the lower no-load voltage, we can conclude by forming the sliding average value in the actual rest state of the battery which represents the state of charge of a battery. The current formation of the

valeur moyenne à partir de la tension de marche à vide supé- average value from the upper idling voltage

rieure et de la tension de marche à vide inférieure a l'avan- lower and the idling voltage lower than the advance

tage qu'en cas d'arrêt insuffisamment long du véhicule on mesure automatiquement la véritable tension de repos (tension supérieure de marche à vide égale à tension inférieure de marche à vide) que de cette façon le système ait un point de tage that in the event of an insufficiently long stop of the vehicle, the true resting voltage is automatically measured (upper idling voltage equal to lower idling voltage) so that the system has a point of

référence dépourvu d'erreur.error-free reference.

Il est avantageux de soumettre à une correction It is advantageous to submit to a correction

les signaux qui sont répartis de façon statistique d'une ma- the signals which are distributed statistically in a ma-

nière aléatoire en fonction du profil de la marche. On peut random according to the walking profile. We can

avec une telle correction compenser l'influence des concen- with such a correction compensate for the influence of the concen-

trations différentes de l'acide pendant les états de charge different trations of the acid during the states of charge

et de décharge dans l'empilement des plaques. and discharge in the stack of plates.

Pour cela on forme tout d'abord la moyenne sur une période de temps d'observation assez longue (par exemple mesures) des temps des demipériodes (charge, décharge), ainsi que des valeurs maximales ou des valeurs minimales des amplitudes de tension. La moyenne des intervalles de temps de charge ou de décharge ainsi obtenue, ainsi que la moyenne des amplitudes de tension maximales ou minimales forment la base de la valeur à attendre en moyenne de la surconcentration ou For this, we first form the average over a fairly long observation time period (for example measurements) of the times of the half-periods (charge, discharge), as well as maximum or minimum values of the voltage amplitudes. The average of the charge or discharge time intervals thus obtained, as well as the average of the maximum or minimum voltage amplitudes form the basis of the value to be expected on average from the over-concentration or

de la sousconcentration en acide dans le jeu de plaques. of the acid sub-concentration in the set of plates.

A partir des valeurs individuelles, mesurées pour From individual values, measured for

chaque période, de la durée des demi-cycles, ainsi qu'à par- each period, for the duration of the half-cycles, as well as

tir de l'amplitude correspondante de la tension on peut alors, avec l'aide des valeurs moyennes qui en font partie, en les prélevant sur une période d'observation assez longue, from the corresponding amplitude of the voltage, we can then, with the help of the average values which form part of it, take them over a fairly long observation period,

former les facteurs de correction pour la tension de régula- train the correction factors for the regulation voltage

tion.tion.

L'invention permet, d'une manière simple, à sa- The invention makes it possible, in a simple manner, to

voir uniquement par une mesure de tension, d'influencer le régulateur de tension du générateur dans un véhicule à moteur en fonction de l'état de charge ou de la variation de l'état de charge de la batterie. De cette façon on arrive à ce que l'accumulateur se trouve en permanence dans un bon état de charge, de telle sorte qu'il soit possible de construire et d'utiliser une batterie plus petite quant à sa capacité, ce qui d'une part conduit à réduire son poids et d'autre part à réduire son coût. Grâce au meilleur maintien d'un bon état de charge de l'accumulateur, sans que soit dépassé dans ce cas la tension de début de dégagement gazeux, on améliore aussi see only by a voltage measurement, to influence the voltage regulator of the generator in a motor vehicle according to the state of charge or the variation of the state of charge of the battery. In this way, the accumulator is permanently in a good state of charge, so that it is possible to build and use a smaller battery as regards its capacity, which on the one hand leads to reducing its weight and on the other hand reducing its cost. Thanks to the better maintenance of a good state of charge of the accumulator, without being exceeded in this case the voltage at the start of gassing, it also improves

sensiblement sa durée de vie. Finalement le générateur lui- significantly its lifespan. Finally the generator itself

même est mieux utilisé, de telle sorte que l'on obtient un even is better used, so that we get a

rendement plus élevé de celui-ci.higher yield of it.

R E V E N D ICATIONSR E V E N D ICATIONS

) Procédé de chargement d'un accumulateur électrique, en particulier d'un accumulateur au plomb, en tant que batterie de démarrage d'un véhicule à moteur, caractérisé en ce qu' on règle la tension du générateur, commandée par l'état de charge de l'accumulateur, l'état de charge étant prélevé par une mesure de la tension de marche à vide de l'accumulateur à l'instant du passage par zéro de l'intensité qui s'écoule ) Method for charging an electric accumulator, in particular a lead accumulator, as the starting battery of a motor vehicle, characterized in that the generator voltage is regulated, controlled by the state of accumulator charge, the state of charge being taken by measuring the no-load voltage of the accumulator at the instant of the zero current flowing

dans l'accumulateur.in the accumulator.

2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mesure de la tension de marche à vide a lieu à l'intérieur d'une période de temps de 0,1 ms à 1 ms après un passage par 2) Method according to claim 1, characterized in that the measurement of the no-load voltage takes place within a time period of 0.1 ms to 1 ms after passing through

zéro de l'intensité dans l'accumulateur. zero intensity in the accumulator.

3 ) Procédé selon les revendications 1 et 2, 3) Method according to claims 1 and 2,

caractérisé en ce que - la tension de marche à vide est mesurée respectivement characterized in that - the idling voltage is measured respectively

après le débranchement de la charge et après le débranche- after disconnecting the load and after disconnecting-

ment d'une décharge, - les valeurs mesurées sont mises en mémoire et on retraite un certain nombre des valeurs mesurées mises en mémoire pour former une valeur moyenne, - on augmente alors la tension du régulateur quand la valeur moyenne des tensions de marche à vide baisse, - on abaisse la tension du régulateur quand la valeur moyenne de la tension de marche à vide augmente, et - en cas de comportement différent des valeurs moyennes des tensions de marche à vide il n'y a pas de modification de ment of a discharge, - the measured values are stored in memory and a certain number of the measured values stored in memory are retreated to form an average value, - the regulator voltage is then increased when the mean value of the no-load voltages decrease, - the regulator voltage is lowered when the average value of the no-load voltage increases, and - in the event of behavior different from the average values of the no-load voltages there is no modification of

la tension de régulation.the regulation voltage.

4 ) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, 4) Method according to one of claims 1 to 3,

caractérisé en ce que - les mesures de la tension de marche à vide ont lieu à des characterized in that - the measurements of the no-load voltage take place at

intervalles de 0,1 à 10 min., en particulier à des inter- intervals of 0.1 to 10 min., especially at intervals

vailes d'environ 1 min. et - la valeur moyenne servant à calculer les modifications de about 1 min. and - the average value used to calculate the changes in

la tension du régulateur sont formées respectivement à par- the voltage of the regulator are formed respectively from

tir d'environ 10 à 20 intervalles de mesure. firing of approximately 10 to 20 measurement intervals.